悪い天文学| 新しい物理学に向けたミューオン実験ポイント

ミューオンは、最高の物理モデルが予測するように回転しません。 なぜか？ それは両者の泡の存在、または存在しない、完全に未知の亜原子粒子可能性があります。

これは一種の空想科学技術がありません。 これは、実際の実験結果で出てきたことです。、我々はそれのすべてを、まだ理解していないと言う宇宙かもしれません。

これらの非常に興味深く、ゲームを変えることができる結果は Fermilab、イリノイの高エネ​​ルギー粒子加速器実験室。 そこで、さまざまな種類の実験をします。 一つは、ミューオンg-2 （文字通り「gマイナス2」）、aという亜原子粒子を検査します。 Muon。

ミューオンは、電子と似ています – 例えば、負電荷を帯び、200倍以上の重い同じスピン（すぐに重要になる粒子の基本的なプロパティ）ウルガます。

亜原子粒子について知っているすべてのものを使用して 標準モデル）、物理学者たちは、ミューオンの行動について多くのことを予測することができます。 たとえば、回転する荷電粒子は 瞬間、磁場の強さと方向を測定します。 ミューオンを磁場に入れる 前進; これは物理的におもちゃ天板が机上で回転するときに揺れると似ています。

モデルは、この歳差を非常に正確に予測します。 非常に。 物理学者は、これに価値を付与します。 g係数は、非常に近い正確2と同じではありません。

楽しみがあるのは、次のとおりです。 巨視的規模で、私たちは、スペースが滑らか連続だと思います。 しかし、両者の規模では、信じられないほど小さな規模（例えば、10^-35 メートル！）量子力学はスペースが いや 連続的滑らかではなく、グラフの目盛りのような個別の単位で来ることができます。 これは、その規模の空間が空いていない可能性がありますが代わりにエネルギーに沸騰泡を作り出すことを意味します。

時には、このエネルギーは、自発的にペアの亜原子粒子を生成します（質量とエネルギーは同じコインの両面であるため、 Eはmcと同じ² そしてすべてのもの）。 この粒子は、飛び出すことができるが、両者現実の同じ法則は粒子がすぐに相互作用して、再度、エネルギーがされて、真空のエネルギーに戻るように要求します。 これは（そして私はこれを好む） それほど 両者の泡。

磁場で回転するミューオンは、量子の泡の影響を受けます。 泡がない場合は、g-ファクターの値は2に非常に近いものです。 しかし、存在内外に突き出た粒子は、ミューオンの揺れに影響を与えます。 これ 変則的な磁気モーメント、 普段値との偏差。

標準モデルは、力と粒子の既知のすべてのものを調べてみることにより、この変則的瞬間の価値を予測します。 非常に正確でなければです。 それでも常に確認することが望ましく、それはMuon g-2実験がすることです。 非常に安定した磁場にミューオンを注入し 測定 その後、予測と比較することができます。 彼らに同意すれば、私たちは量子力学、宇宙がどのように行動するかを理解します。

そうでない場合…まあ。 楽しいでしょ？

標準モデルは、ミューオンの異常磁気モーメントの値を次のように予測します。 0.00116591810 （±0.00000000043;私は、非常に正確です）。

新しい実験 価値を集める 0.00116592061 （±0.00000000041）。

それらは異なっている。 差は小さい0.0002％に過ぎません。 しかし、まだ同じです。 そして、彼らはありません。

この小さな違いは、多くのことを意味します。 それは意味 私たちが知らない両者の規模に作用する力および/または粒子があります！

まあ、おそらく。 ここレンチの中の猿がいます。 結果は 非常に 統計スナッフまで。 任意の機会に起因する可能性があります。 コインを投げると同じです。 前面が3回連続で出るコインが操作されたと考えることができるが、ランダムに発生する確率は、8分の1です。 もっと裏返し前面が出てくるほど、ランダムである可能性が低くなります。

科学者たちは シグマ この機会を測定します。 素粒子物理学実験のゴールドスタンダードは、実験が5シグマの範囲にあるときです。 つまり、300万分の1程度がランダムに発生する可能性があるか、必要に応じて99.99997％の本当の可能性があります（1シグマは約68％、2は95％、3は97％などです。、100％に近づく）。 Muon g-factor実験結果は、4.2シグマに過ぎないので、ランダムノイズに起因する可能性が38,000分の1程度です。

それでもそれは、任意の機会に起因するものではない確率が99.997％であり、それはかなり良いです。^*。 物理学者たちが勝利を宣言するだけでは十分ではありません。 良いニュースは、まだ完了していなかったということです。 実験は、これまで3回実行され、4回実行されて5回実行する予定です。 科学者たちは、最初の実行で得られたデータを調査したが、実験で期待される総データ量の約6％に過ぎません。 上記の比喩を使用すると、コインを数回ひっくり返して、奇妙な結果を得たが、確かにするために、継続して複数回ひっくり返すと同じです。

残りのデータがこれまでに見たものと一致すると5シグマ確実性を通過します。 そして、それが起こった場合、それは私たちが知っている量子力学さえ、私たちに言うより、宇宙がもはや神秘的であることを意味します。 すでに 私たちに宇宙が異常であると述べています。

このすべてのものを漫画形式で必要な場合 その後、Jorge Chamが：

だから、これは潜在的に非常に興味深いものです。 標準モデルは非常に成功しています（例えば、Higgs bosonの存在を予測しました。 数年前に最初に発見された）しかし、私たちはそれに亀裂があることを知っています。 この場合には、磁場の浮いて回転して揺れるミューオンは、私たちを、その道に引き込んで、私たちはまだ理解していない、あるいは何も知らないより多くの物理学的に私たちを振っています。

これがすべての粒子物理学者の夢です。 実験が理論を証明するときには、私たちの後ろの道路が滑らかに包装されていることを示すようだからです。

しかし、これからの道に何が置かれていますか？

[Correction (16:00 UTC on April 8, 2021): I originally calculated the percentages incorrectly on those chances, adding an extra two 9s in the decimal point (in other words I had written them as straight odds, not percentages, like a 0.01 chance is 1%). Arg! The numbers are now fixed. Also, I changed the phrasing a bit; the statistics only cover random chance. There could also be systematic errors, that is, something not accounted for in the equipment, or the math, or whatever. Those aren’t random, and are difficult to account for. I just want to make sure I’m covering the bases here.]